Гомеостатическое действие кремниевых вод

Введение. Рассматриваются питьевые и минеральные воды с позиций гомеостатического действия (гормезиса) водорастворимого кремния, оценки трендов их биологической активности и возможного негативного влияния на организм человека.

Материалы и методы. Концентрация в исследуемых водах системного гомеостатического регулятора – пероксидных анион-радикалов — определялась с использованием кинетического хемилюминесцентного метода. Биологическая активность воды оценивалась по относительным значениям величины внесубстратного синтеза аденозинтрифосфата АТФ-синтазой микроорганизмов Escherichia coli К12 TG1(pF1) со встроенными генами полного CDABE lux-оперона люминесцентной системы бактерий Vibrio fischeri 6E. Параметризация структурно-энергетического состояния воды проводилась с использованием криофизической капиллярной методики. Объектом исследования служила упакованная в девятилитровые полимерные ёмкости слабоминерализованная питьевая вода с исходным содержанием кремния 12 мг/дм³.

Результаты. Показано, что горметический эффект кремниевых вод формируется за счёт самоиндукции в воде пероксидных анион-радикалов при наличии метакремниевой кислоты и проявляется в форме стимулирования ферментных комплексов и митохондриальной активности, сопровождающейся активизацией работы центральной нервной системы, а также поддержания неспецифического иммунитета и функционирования репродуктивной системы. Установлено, что степень благотворного влияния кремниевых вод, проявляемого вследствие электрон-донорного и регуляторного действия ассоциатов пероксидных анион-радикалов, зависит от активационных процессов при производстве и хранении питьевых вод.

Ограничения исследования. Рекомендации по поддержанию биологической активности кремниевых вод не выходят за рамки ограничений, установленных существующими нормативными документами по безопасности питьевых вод.

Заключение. Полученные в настоящем исследовании уровни наработки пероксидного анион-радикала (2,6–5,2 мкг/дм³) соответствуют максимальным изменениям биологической активности воды в диапазоне значений 1,4–3,0 относительно контроля (дистиллированной воды) в режиме реализации условий нелокальной активации. При длительном хранении в полимерной таре биологическая активность снижается, в связи с чем необходима дополнительная активация.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов:
Стехин А.А. — дизайн исследования, проверка критически важного содержания, написание текста, утверждение окончательного варианта статьи;
Яковлева Г.В. — обработка данных, научное редактирование;
Никифорова Т.И. — обзор литературы по теме исследования.
Все соавторы — ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 07.12.2022 / Принята к печати: 24.03.2023 / Опубликована: 20.04.2023

1. Shu W.Q., Luo J.H., Zhang J.J. The relationship between soluble silicate acid in drinking water and food and human health. Zhonghua Yu Fang Yi Xue Za Zhi. 2020; 54(6): 702–7. https://doi.org/10.3760/cma.j.cn112150-20200318-00378 (in Chinese)

2. Sadowska A., Świderski F. Sources, bioavailability and safety of silicon derived from foods and other sources added for nutritional purposes in food supplements and functional foods. Appl. Sci. 2020; 10(18): 6255. https://doi.org/10.3390/app10186255

3. Kim Y.Y., Kim M.H., Choi M.K. Relationship between dietary intake and urinary excretion of silicon in free-living Korean adult men and women. Biol. Trace Elem. Res. 2019; 191(2): 286–93. https://doi.org/10.1007/s12011-018-1619-0

4. Gushcha S.G., Nasibullin B.A., Nikipelova E.M., Badiuk N.S. Comparative evaluation of the effectiveness of natural silicon mineral waters and their artificial analogics on the current experimental patiology of sleeve-surface tract. J. Educ. Health Sport. 2019; 9(4): 600–10.

5. Götz W., Tobiasch E., Witzleben S., Schulze M. Effects of silicon compounds on biomineralization, osteogenesis, and hard tissue formation. Pharmaceutics 2019; 11(3): 117. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics11030117

6. Wu W.Y., Chou P.L., Yang J.C., Chien C.T. Silicon-containing water intake confers antioxidant effect, gastrointestinal protection, and gut microbiota modulation in the rodents. PLoS One. 2021; 16(3): e0248508. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0248508

7. Никифорова Т.И. Кремнистые ванны в лечении больных с артериальной гипертензией. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2013; 90(3): 16–21. https://www.elibrary.ru/qbvlxr

8. Никифорова Т.И., Князева Т.А. Искусственные кремнисто-углекислые ванны в реабилитации и вторичной профилактике больных артериальной гипертонией, ассоциированной с ишемической болезнью сердца. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2012; 89(5): 11–5. https://www.elibrary.ru/pugvit

9. Никифорова Т.И., Князева Т.А., Бобровницкий И.П., Лебедева О.Д., Котенко Е.П. Способ лечения больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Патент РФ № 2543468C2; 2013.

10. Mascarenhas S., Mutnuri S., Ganguly A. Silica – A trace geogenic element with emerging nephrotoxic potential. Sci. Total Environ. 2018; 645: 297–317. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.07.075

11. Рахманин Ю.А., Егорова Н.А., Михайлова Р.И., Рыжова И.Н., Кочеткова М.Г. О гигиеническом нормировании соединений кремния в питьевой воде (обзор литературы). Гигиена и санитария. 2021; 100(10): 1077–83. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-10-1077-1083 https://www.elibrary.ru/hrezgo

12. Лыков А.П., Лыкова Ю.А., Бондаренко О.В., Повещенко О.В., Суровцева М.А., Гайдуль К.В. и др. Токсический эффект наноструктурированных частиц диоксида кремния на костно-мозговые мультипотентные мезинхимальные стволовые клетки. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015; (5–2): 251–5. https://www.elibrary.ru/rshtug

13. Deng Y.D., Zhang X.D., Yang X.S., Huang Z.L., Wei X., Yang X.F., et al. Subacute toxicity of mesoporous silica nanoparticles to the intestinal tract and the underlying mechanism. J. Hazard. Mater. 2021; 409: 124502. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124502

14. Lunevich L. Aqueous silica and silica polymerization. In: Desalination-Challenges and Opportunities. IntechOpen; 2019: 1–19.

15. Браун Д.А., Ефимова В.А., Гордова В.С., Сергеева В.Е. Изменение морфометрических показателей пищеварительных желез под влиянием кремния, поступающего в течение трех месяцев с питьевой водой. В кн.: Медицинская наука и практика: междисциплинарный диалог. Сборник статей Международной научно-практической конференции, посвящённой 55-летию Чувашского государственного университета им. И.Н. Ульянова. Чебоксары; 2022: 214–7. https://www.elibrary.ru/dniyjg

16. Duan J., Liang S., Feng L., Yu Y., Sun Z. Silica nanoparticles trigger hepatic lipid-metabolism disorder in vivo and in vitro. Int. J. Nanomedicine. 2018; 9(13): 7303–18. https://doi.org/10.2147/IJN.S185348

17. Erofeeva E.A. Environmental hormesis: From cell to ecosystem. Curr. Opin. Environ. Sci. Health. 2022; 29: 100378. https://doi.org/10.1016/j.coesh.2022.100378

18. Calabrese E.J., Agathokleous E. Hormesis: Transforming disciplines that rely on the dose response. 2022; 74(1): 8–23. https://doi.org/10.1002/iub.2529

19. Sebastiano M., Messina S., Marasco V., Costantini D. Hormesis in ecotoxicological studies: A critical evolutionary perspective. Curr. Opin. Toxicol. 2022; 29: 25–30. https://doi.org/10.1016/j.cotox.2022.01.002

20. Rix R.R., Guedes R.N.C., Cutler G.C. Hormesis dose-response contaminant-induced hormesis in animals. Curr. Opin. Toxicol. 2022; 30: 100336. https://doi.org/10.1016/j.cotox.2022.02.009

21. Agathokleous E., Calabrese E.J. Environmental toxicology and ecotoxicology: How clean is clean? Rethinking dose response analysis. Sci. Total Environ. 2020; 746: 138769. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138769

22. Agathokleous E., Wang Q., Iavicoli I., Calabrese E.J. The relevance of hormesis at higher levels of biological organization: Hormesis in microorganisms. Curr. Opin. Toxicol. 2022; 29: 1–9. https://doi.org/10.1016/j.cotox.2021.11.001

23. Стехин А.А., Рахманин Ю.А., Яковлева Г.В., Иксанова Т.И. Роль воды организма в этиологии хронических неинфекционных заболеваний (обзор литературы). Гигиена и санитария. 2021; 100(6): 584–93. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-6-584-593 https://www.elibrary.ru/ivmjsx

24. Рахманин Ю.А., Стехин А.А., Яковлева Г.В. Биофизика воды: Квантовая нелокальность в технологиях водоподготовки; регуляторная роль ассоциированной воды в клеточном метаболизме; нормирование биоэнергетической активности питьевой воды. М.: Ленанд; 2016. https://www.elibrary.ru/njxuec

25. Stekhin A.A., Tatarinov V.V., Yakovleva G.V. Exchange electronic interactions as the main factor of maintaining the sustainability of organism homeostasis. In: Sino-Russian ASRTU Forum Ecology and Environmental Sciences. Ekaterinburg; 2020.

26. Стехин А.А., Яковлева Г.В. Квантовое поведение воды: Свойства электронной подсистемы ассоциатов воды. Электронный дефицит как фактор риска здоровью. М.: Ленанд; 2019.

27. Линг Г.Н. Жизнь на уровне клетки и ниже клетки: скрытая история фундаментального. Революция в биологии. Нью-Йорк: Pacific Press: 2001.

28. Стехин А.А., Яковлева Т.В., Марасанов А.В., Карасев А.К., Икса-нова Т.И., Шовкопляс Ю.А. и др. Обменные электронные взаимодействия как основа биофизических регуляторных процессов. Медицина и высокие технологии. 2019; (1): 5–15. https://www.elibrary.ru/ejqquc

29. Murbach T.S., Glávits R., Endres J.R., Clewell A.E., Hirka G., Vértesi A., et al. A toxicological evaluation of a fulvic and humic acids preparation. Toxicol. Rep. 2020; 7: 1242–54. https://doi.org/10.1016/j.toxrep.2020.08.030

30. Bianconi V., Violi F., Fallarino F. et al. Is acetylsalicylic acid a safe and potentially useful choice for adult patients with COVID-19. Drugs. 2020; 80(14): 1383–96. https://doi.org/10.1007/s40265-020-01365-1

31. Calabrese E.J., Kozumbo W.J. The phytoprotective agent sulforaphane prevents inflammatory degenerative diseases and age-related pathologies via Nrf2-mediated hormesis. Pharmacol. Res. 2021; 163: 105283. https://doi.org/10.1016/j.phrs.2020.105283

32. Potapov V.V., Cerdan A.A., Gorev D.S. Silicic acid polymerization and SiO2 nanoparticle growth in hydrothermal solution. Polymers (Basel). 2022; 14(19): 4044. https://doi.org/10.3390/polym14194044

33. Bertin M., Rodrigues D.G., Pierlot C., Albert-Mercier C., Davy C., Lambertin D., et al. Influence of cetyltrimethylammonium bromide and hydroxide ions on the interfacial tension and stability of emulsions of dodecane in aqueous silicate solutions. Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2021; 628: 127306. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.127306

34. Zimoch-Korzycka A., Kulig D., Król-Kilińska Z., Zarowska B., Bobak L., Jarmoluk A. Biophysico-chemical properties of alginate oligomers obtained by acid and oxidation depolymerization. Polymers (Basel). 2021; 13(14): 2258. https://doi.org/10.3390/polym13142258

35. Стехин А.А., Яковлева Г.В., Иксанова Т.И., Каменецкая Д.Б. Механизм физической активации воды гуминовыми веществами. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019; (10): 121–6. https://www.elibrary.ru/rplpez

36. Смирнов И.В., Михайлова Н.В., Якупов Б.А., Волков Г.А. Анализ пороговых параметров начала акустической кавитации жидкости в зависимости от частоты ультразвукового поля, гидростатического давления и температуры. Журнал технической физики. 2021; 91(11): 1631–40. https://doi.org/10.21883/JTF.2021.11.51521.352-20 https://www.elibrary.ru/lfmnpv

37. Стехин А.А., Яковлева Г.В. Определение в воде пероксид анион-радикала хемилюминесцентным методом. Гигиена и санитария. 2023; 102(2): 191–196.

38. Справочник химика 21. Биологическая активность воды. Доступно: https://www.chem21.info/info/1903798

39. Иксанова Т.И., Стехин А.А., Яковлева Г.В., Каменецкая Д.Б., Михайлова Р.И., Загайнова А.В. Влияние на активность микроорганизмов системного гомеостатического регулятора – ассоциатов пероксидных анион-радикалов. Гигиена и санитария. 2022; 101(4): 368–74. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2022-101-4-368-374 https://www.elibrary.ru/pfglfp

40. МУ 2.1.4.1184–03 по внедрению и применению санитарно-эпидемиологических правил и нормативов СанПиН 2.1.4.1116–02 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в ёмкости; 2003.

41. Алешина Е.С., Каримов И.Ф., Дерябин Д.Г. Методы биолюминесцентного тестирования: методические указания к лабораторному практикуму. Оренбург; 2011.

42. Стехин А.А., Яковлева Г.В. Структурированная вода: Нелинейные эффекты. М.: Ленанд; 2018.

43. Picard M., McEwen B.S., Epel E.S., Sandi C. An energetic view of stress: Focus on mitochondria. Front. Neuroendocrinol. 2018; 49: 72–85. https://doi.org/10.1016/j.yfrne.2018.01.001

44. Liu X., Liu C., Feng Z., Meng C. The promoter role of amines in the condensation of silicic acid: a first-principles investigation. ACS Omega. 2021; 6(35): 22811–9. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c03235

45. Lester E., Parker R. The tau of nuclear-cytoplasmic transport. Neuron. 2018; 99(5): 869–71. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2018.08.026

46. Makhdoumi P., Karimi H., Khazaei M. Review on metal-based nanoparticles: role of reactive oxygen species in renal toxicity. Chem. Res. Toxicol. 2020; 33(10): 2503–14. https://doi.org/10.1021/acs.chemrestox.9b00438

47. Wróbel G., Kuder T. The role of selected environmental factors and the type of work performed on the development of urolithiasis – a review paper. Int. J. Occup. Med. Environ. Health. 2019; 32(6): 761–75. https://doi.org/10.13075/ijomeh.1896.01491

48. Penido M.G.M.G., Alon U.S. Infantile urolithiasis. Pediatr. Nephrol. 2021; 36(5): 1037–40. https://doi.org/10.1007/s00467-020-04888-7

49. Liu Y., Chen Y., Liao B., Luo D., Wang K., Li H., et al. Epidemiology of urolithiasis in Asia. Asian J. Urol. 2018; 5(4): 205–14. https://doi.org/10.1016/j.ajur.2018.08.007

50. Drzymała J., Kalka J. Elimination of the hormesis phenomenon by the use of synthetic sea water in a toxicity test towards Aliivibrio fischeri. Chemosphere. 2020; 248: 126085. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126085